[發(fā)明專(zhuān)利]一種測(cè)量微納米金屬互連線殘余變形的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010178097.7
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101839699A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝惠民;王慶華;徐可為;王劍鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量微納米金屬互連線殘余變形的方法，屬于變形測(cè)量、光測(cè)力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬互連線廣泛存在于半導(dǎo)體集成電路及微機(jī)電系統(tǒng)中，隨著對(duì)微器件性能要求的日益提高，金屬互連線的寬度也越來(lái)越小，可從幾十微米到幾十納米。由于微納米金屬互連線、基底、絕緣層之間存在熱膨脹系數(shù)的差異，微納米金屬互連線在制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生難以消除的預(yù)應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力。這種預(yù)先存在的殘余應(yīng)力容易引起微納米金屬互連線在使用過(guò)程中的電遷移現(xiàn)象，若殘余應(yīng)力過(guò)大則微納米金屬互連線很容易失效，因此在微納米金屬互連線使用前，如何評(píng)估其內(nèi)部的殘余應(yīng)力大小引起人們的關(guān)注。準(zhǔn)確地評(píng)估微納米金屬互連線內(nèi)部的殘余應(yīng)力，可為合理地制定能減小殘余應(yīng)力的退火工藝提供指導(dǎo)。

評(píng)估金屬薄膜包括薄膜導(dǎo)線的內(nèi)部殘余應(yīng)力的常用方法是X射線衍射法，然而這種方法的適用條件是X光束的光斑直徑小于所測(cè)物體的橫向和縱向尺寸，而目前X光束的光斑所能達(dá)到的最小尺寸為1微米，實(shí)際操作中通常只能達(dá)到幾十微米，難以適于目前越來(lái)越細(xì)的微納米金屬互連線。用于測(cè)量薄膜殘余應(yīng)力的基底曲率測(cè)量法要求基底為圓片狀或長(zhǎng)方條形，且薄膜要覆蓋基底，對(duì)于微納米金屬互連線較難適用。因此需要尋找新的方法評(píng)估微納米金屬互連線內(nèi)部的殘余應(yīng)力，由于應(yīng)力與變形存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，若能準(zhǔn)確地測(cè)量出微納米金屬互連線由于殘余應(yīng)力釋放而引發(fā)的殘余變形，則可根據(jù)本構(gòu)關(guān)系結(jié)合有限元計(jì)算出微納米金屬互連線內(nèi)部的殘余應(yīng)力，因而測(cè)量微納米金屬互連線的殘余變形具有非常重要的意義。

釋放殘余應(yīng)力的方法主要有鉆孔法和裂紋法，鉆孔法釋放孔周?chē)鱾€(gè)方向的殘余應(yīng)力，裂紋法釋放垂直于裂紋長(zhǎng)度方向的殘余應(yīng)力，在微納米金屬互連線這種細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中，人們主要關(guān)心微納米金屬互連線的軸向殘余應(yīng)力，故裂紋法更適于用來(lái)釋放微納米金屬互連線內(nèi)部的殘余應(yīng)力。制作微納米尺度裂紋的技術(shù)目前主要是聚焦離子束刻蝕法，該方法定位精度高、操作簡(jiǎn)單、刻蝕深度精確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在針對(duì)在半導(dǎo)體集成電路中廣泛使用的微納米金屬互連線，提出一種測(cè)量微納米金屬互連線殘余應(yīng)變的方法，對(duì)于寬度和厚度從納米量級(jí)到毫米量級(jí)的金屬互連線，均能進(jìn)行原位測(cè)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種測(cè)量微納米金屬互連線殘余變形的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)把沉積在基底上的微納米金屬互連線試樣放置于聚焦離子束系統(tǒng)的平臺(tái)上，選擇一根微納米金屬互連線的一個(gè)區(qū)域作為研究對(duì)象；

2)在微納米金屬互連線表面通過(guò)聚焦離子束輻照制作散斑或利用聚焦離子束刻蝕單向光柵，將散斑或單向光柵作為微納米金屬互連線上的微納米標(biāo)記；之后采集散斑或單向光柵的圖像，作為裂紋刻蝕前的微納米標(biāo)記圖像；

3)通過(guò)聚焦離子束系統(tǒng)中的聚焦離子束在微納米金屬互連線上的微納米標(biāo)記區(qū)域刻蝕一條垂直于軸向的貫穿裂紋，以釋放微納米金屬互連線內(nèi)部的軸向殘余應(yīng)力，再采集裂紋刻蝕后微納米金屬互連線上的微納米標(biāo)記圖像；

4)在微納米金屬互連線的裂紋附近選擇一個(gè)計(jì)算區(qū)域，使計(jì)算區(qū)域的一條邊為裂紋的邊緣，用數(shù)字圖像相關(guān)法分析微納米金屬互連線上裂紋刻蝕前、后的微納米標(biāo)記圖像，并計(jì)算微納米金屬互連線在裂紋附近由于軸向殘余應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的變形，即為微納米金屬互連線的殘余變形。

本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：在所選擇的微納米金屬互連線上用聚焦離子束制作微納米標(biāo)記、刻蝕裂紋、采集圖像均在聚焦離子束系統(tǒng)中原位進(jìn)行；若微納米標(biāo)記為散斑，聚焦離子束的輻照遍數(shù)為4～8；若微納米標(biāo)記為單向光柵，單向光柵的主方向與微納米金屬互連線的軸向平行，單向光柵的頻率為1000l/mm～10000l/mm。

在微納米金屬互連線上刻蝕的裂紋深度與微納米金屬互連線的厚度相等，裂紋寬度為30nm～50nm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：利用聚焦離子束輻照法制作散斑，工藝簡(jiǎn)單便捷；利用聚焦離子束刻蝕裂紋，裂紋的長(zhǎng)寬深可精確控制，空間定位準(zhǔn)確；測(cè)量過(guò)程中的微納米標(biāo)記制作、裂紋刻蝕、圖像采集均在聚焦離子束系統(tǒng)中原位進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單；采用數(shù)字圖像相關(guān)軟件處理采集的微納米標(biāo)記圖像，將裂紋邊緣作為計(jì)算區(qū)域的一條邊，數(shù)據(jù)處理方便，測(cè)量精度高；該方法非接觸、對(duì)于長(zhǎng)度和寬度從納米量級(jí)到毫米量級(jí)的微納米金屬互連線均適用，當(dāng)微納米金屬互連線的長(zhǎng)度和寬度改變時(shí)，只需調(diào)整聚焦離子束系統(tǒng)的放大倍數(shù)及刻蝕參數(shù)即可。

附圖說(shuō)明

圖1為微納米金屬互連線試樣及測(cè)試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為裂紋刻蝕后微納米金屬互連線的俯視示意圖。